﻿using System;
using System.IO.Ports;
using System.Threading;

namespace ModBus
{
    #region Клас описывающий ошибки Modbus

    public class mbus_error
    {
        public enum code_c
        {
            NOT_ANSWER,           // Удалённое устройство не отвечает
            ILLEGAL_FUNCTION,     // Принятый код функции не может быть обработан на подчиненном.
            ILLEGAL_DATA_ADDRESS, // Адрес данных указанный в запросе не доступен данному подчиненному. 
            ILLEGAL_DATA_VALUE,   // Величина содержащаяся в поле данных запроса является не допустимой величиной для подчиненного.
            SLAVE_DEVICE_FAILURE, // Невосстанавливаемая ошибка имела место пока подчиненный пытался выполнить затребованное действие.
            ACKNOWLEDGE,          // Подчиненный принял запрос и обрабатывает его, но это требует много времени. Этот ответ предохраняет главного от генерации ошибки таймаута. Главный может выдать команду Poll Program Complete для обнаружения завершения обработки команды.
            SLAVE_DEVICE_BUSY,    // Подчиненный занят обработкой команды. Главный должен повторить сообщение позже, когда подчиненный освободится. 
            NEGATIVE_ACKNOWLEDGE, // Подчиненный не может выполнить программную функцию, принятую в запросе. Этот код возвращается для неудачного программного запроса, использующего функции с номерами 13 или 14. Главный должен запросить диагностическую информацию или информацию обошибках с подчиненного. 
            MEMORY_PARITY_ERROR,   // Подчиненный пытается читать расширенную память, но обнаружил ошибку паритета. Главный может повторить запрос, но обычно в таких случаях требуется ремонт. 
            DATA_OK                // Данные в порядке
        };

        public mbus_error()
        {
            code = code_c.DATA_OK;
        }

        public code_c code;
    }

    #endregion

    public class ModBus
    {
        private string port = "COM1";
        private SerialPort DataPort;

        #region Инициализация порта и его открытие/закрытие

        public ModBus()
        {
            DataPort = new SerialPort()
            {
                BaudRate = 115200,
                DataBits = 8,
                Parity = Parity.None,
                StopBits = StopBits.One,
                ReadTimeout = 1500,
                WriteTimeout = 2000
            };
        }

        public void OpenPort()
        {
            try
            {
                DataPort.PortName = port;
                DataPort.Open();
            }
            catch (System.Exception)
            {
                throw new Exception("Ошибка открытия порта");
            }

        }

        public void OpenPort(string PortName)
        {
            try
            {
                DataPort.PortName = PortName;
                DataPort.Open();
            }
            catch (System.Exception)
            {
                throw new Exception("Ошибка открытия порта");
            }

        }

        public void OpenPort(string PortName, int BaudRate)
        {
            try
            {
                DataPort.PortName = PortName;
                DataPort.BaudRate = BaudRate;
                DataPort.Open();
            }
            catch (System.Exception)
            {
                throw new Exception("Ошибка открытия порта");
            }

        }

        public void ClosePort()
        {
            DataPort.Close();
        }

        public bool PortIsOpened
        {
            get
            {
                return DataPort.IsOpen;
            }
        }

        #endregion

        /// <summary>
        /// Чтение состояния выходов 0х01
        /// </summary>
        /// <param name="bits">ссылка на читаемые битв</param>
        /// <param name="slave_id">адрес подченённого устройства</param>
        /// <param name="adress">адрес бита</param>
        /// <param name="quantity">количество читаемых бит</param>
        /// <returns> состояние чтения</returns>
        /// 
        public mbus_error ReadCoil(ref bool[] bits, byte slave_id, Int16 adress, Int16 quantity)
        {
            byte[] req = new byte[] { slave_id, 0x01, (byte)((adress & 0xFF00) >> 8), (byte)(adress & 0x00FF), (byte)((quantity & 0xFF00) >> 8), (byte)(quantity & 0x00FF), 0x00, 0x00 };
            byte[] rx_data = new byte[64];
            int crc1 = new CRCCalculate().CRCmodbus(req, 6);
            req[6] = (byte)((crc1 & 0xFF00) >> 8);
            req[7] = (byte)((crc1 & 0xFF));
            try
            {
                DataPort.Write(req, 0, 8);
                Thread.Sleep(100);
                int c = DataPort.BytesToRead;
                DataPort.Read(rx_data, 0, c);

                if (c == 0)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                int crc = new CRCCalculate().CRCmodbus(rx_data, 5);

                int crc2 = (int)((rx_data[5] << 8) | (rx_data[6]));
                if (crc != crc2)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
                if (slave_id != rx_data[0])
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                if (c == 5) // Detecting modbus errore
                {
                    if (rx_data[0x01] == 0x84) // errore
                    {
                        return new mbus_error() { code = (mbus_error.code_c)(rx_data[0x02]) };
                    }
                }

                int mass_pointer = 0;
                for (int i = 1; i <= rx_data[2]; i++)
                {
                    for (int n = 0; n < 8; n++)
                    {
                        bits[mass_pointer++] = Convert.ToBoolean((rx_data[2 + i] >> n) & 0x01);
                    }
                }

            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(ex.Message);
                return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
            }

            return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.DATA_OK };
        }

        /// <summary>
        /// Чтение состояния дискретных входов 0х02
        /// </summary>
        /// <param name="bits">ссылка на читаемые битв</param>
        /// <param name="slave_id">адрес подченённого устройства</param>
        /// <param name="adress">адрес бита</param>
        /// <param name="quantity">количество читаемых бит</param>
        /// <returns> состояние чтения</returns>
        /// 
        public mbus_error ReadInputDiscreteRegister(ref bool[] bits, byte slave_id, Int16 adress, Int16 quantity)
        {
            byte[] req = new byte[] { slave_id, 0x02, (byte)((adress & 0xFF00) >> 8), (byte)(adress & 0x00FF), (byte)((quantity & 0xFF00) >> 8), (byte)(quantity & 0x00FF), 0x00, 0x00 };
            byte[] rx_data = new byte[64];
            int crc1 = new CRCCalculate().CRCmodbus(req, 6);
            req[6] = (byte)((crc1 & 0xFF00) >> 8);
            req[7] = (byte)((crc1 & 0xFF));
            try
            {
                DataPort.Write(req, 0, 8);
                Thread.Sleep(100);
                int c = DataPort.BytesToRead;
                DataPort.Read(rx_data, 0, c);

                if (c == 0)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                int crc = new CRCCalculate().CRCmodbus(rx_data, 5);

                int crc2 = (int)((rx_data[5] << 8) | (rx_data[6]));
                if (crc != crc2)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
                if (slave_id != rx_data[0])
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                if (c == 5) // Detecting modbus errore
                {
                    if (rx_data[0x01] == 0x84) // errore
                    {
                        return new mbus_error() { code = (mbus_error.code_c)(rx_data[0x02]) };
                    }
                }

                int mass_pointer = 0;
                for (int i = 1; i <= rx_data[2]; i++)
                {
                    for (int n = 0; n < 8; n++)
                    {
                        bits[mass_pointer++] = Convert.ToBoolean((rx_data[2 + i] >> n) & 0x01);
                    }
                }

            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(ex.Message);
                return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
            }

            return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.DATA_OK };
        }

        /// <summary>
        /// Запись состояния выходов 0х05 WriteSingleCoil
        /// </summary>
        /// <param name="bit">вкл/выкл выход</param>
        /// <param name="slave_id">адрес подченённого устройства</param>
        /// <param name="adress">адрес бита</param>
        /// <returns> состояние чтения</returns>
        /// 
        public mbus_error WriteSingleCoil(bool bit_state, byte slave_id, int adress)
        {
            byte[] req = new byte[] { slave_id, 0x05, (byte)((adress & 0xFF00) >> 8), (byte)(adress & 0x00FF), 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 };
            if (bit_state) req[4] = 0xFF; else req[4] = 0x00;
            byte[] rx_data = new byte[64];
            int crc1 = new CRCCalculate().CRCmodbus(req, 6);
            req[6] = (byte)((crc1 & 0xFF00) >> 8);
            req[7] = (byte)((crc1 & 0xFF));
            try
            {
                DataPort.Write(req, 0, 8);
                Thread.Sleep(100);
                int c = DataPort.BytesToRead;
                DataPort.Read(rx_data, 0, c);

                if (c == 0)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                int crc = new CRCCalculate().CRCmodbus(rx_data, 6);

                int crc2 = (int)((rx_data[6] << 8) | (rx_data[7]));
                if (crc != crc2)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
                if (slave_id != rx_data[0])
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                if (c == 5) // Detecting modbus errore
                {
                    if (rx_data[0x01] == 0x84) // errore
                    {
                        return new mbus_error() { code = (mbus_error.code_c)(rx_data[0x02]) };
                    }
                }

                if (rx_data[4] != req[4]) return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.ILLEGAL_DATA_VALUE };
            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(ex.Message);
                return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
            }

            return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.DATA_OK };
        }

        /// <summary>
        /// Чтение регистров устройства Read Holding Registers 0x03
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        /// <param name="slave_id"></param>
        /// <param name="adress"></param>
        /// <param name="quantity"></param>
        /// <returns></returns>
        public mbus_error ReadHoldingRegisters(ref byte[] data, byte slave_id, Int16 adress, Int16 quantity)
        {
            byte[] req = new byte[] { slave_id, 0x03, (byte)((adress & 0xFF00) >> 8), (byte)(adress & 0x00FF), (byte)((quantity & 0xFF00) >> 8), (byte)(quantity & 0x00FF), 0x00, 0x00 };
            byte[] rx_data = new byte[64];
            int crc1 = new CRCCalculate().CRCmodbus(req, 6);
            req[6] = (byte)((crc1 & 0xFF00) >> 8);
            req[7] = (byte)((crc1 & 0xFF));
            try
            {
                DataPort.Write(req, 0, 8);
                Thread.Sleep(100);
                int c = DataPort.BytesToRead;
                DataPort.Read(rx_data, 0, c);

                if (c == 0)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                int crc = new CRCCalculate().CRCmodbus(rx_data, c - 2);

                int crc2 = (int)((rx_data[c-2] << 8) | (rx_data[c-1]));
                if (crc != crc2)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
                if (slave_id != rx_data[0])
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                if (c == 5) // Detecting modbus errore
                {
                    if (rx_data[0x01] == 0x84) // errore
                    {
                        return new mbus_error() { code = (mbus_error.code_c)(rx_data[0x02]) };
                    }
                }


                for (int i = 0; i < rx_data[2]; i++)
                {
                    data[i] = rx_data[i + 3];
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(ex.Message);
                return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
            }

            return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.DATA_OK };

        }

        /// <summary>
        /// Чтение регистров устройства Read Input Registers 0x04
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        /// <param name="slave_id"></param>
        /// <param name="adress"></param>
        /// <param name="quantity"></param>
        /// <returns></returns>
        public mbus_error ReadInputRegisters(ref byte[] data, byte slave_id, Int16 adress, Int16 quantity)
        {
            byte[] req = new byte[] { slave_id, 0x04, (byte)((adress & 0xFF00) >> 8), (byte)(adress & 0x00FF), (byte)((quantity & 0xFF00) >> 8), (byte)(quantity & 0x00FF), 0x00, 0x00 };
            byte[] rx_data = new byte[256];
            int crc1 = new CRCCalculate().CRCmodbus(req, 6);
            req[6] = (byte)((crc1 & 0xFF00) >> 8);
            req[7] = (byte)((crc1 & 0xFF));
            try
            {
                DataPort.Write(req, 0, 8);
                Thread.Sleep(100);
                int c = DataPort.BytesToRead;
                DataPort.Read(rx_data, 0, c);

                if (c == 0)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                int crc = new CRCCalculate().CRCmodbus(rx_data, c - 2);

                int crc2 = (int)((rx_data[c - 2] << 8) | (rx_data[c - 1]));
                if (crc != crc2)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
                if (slave_id != rx_data[0])
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                if (c == 5) // Detecting modbus errore
                {
                    if (rx_data[0x01] == 0x84) // errore
                    {
                        return new mbus_error() { code = (mbus_error.code_c)(rx_data[0x02]) };
                    }
                }

                for (int i = 0; i < rx_data[2]; i++)
                {
                    data[i] = rx_data[i + 3];
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(ex.Message);
                return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
            }

            return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.DATA_OK };

        }

        /// <summary>
        /// WriteSingleRegister 0x06
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        /// <param name="slave_id"></param>
        /// <param name="adress"></param>
        /// <returns></returns>
        public mbus_error WriteSingleRegister(ref byte[] data, byte slave_id, Int16 adress)
        {
            byte[] req = new byte[] { slave_id, 0x06, (byte)((adress & 0xFF00) >> 8), (byte)(adress & 0x00FF), data[1], data[0], 0x00, 0x00 };
            byte[] rx_data = new byte[64];
            int crc1 = new CRCCalculate().CRCmodbus(req, 6);
            req[6] = (byte)((crc1 & 0xFF00) >> 8);
            req[7] = (byte)((crc1 & 0xFF));
            try
            {
                DataPort.Write(req, 0, 8);
                Thread.Sleep(100);
                int c = DataPort.BytesToRead;
                DataPort.Read(rx_data, 0, c);

                if (c == 0)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                int crc = new CRCCalculate().CRCmodbus(rx_data, c - 2);

                int crc2 = (int)((rx_data[c - 2] << 8) | (rx_data[c - 1]));
                if (crc != crc2)
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
                if (slave_id != rx_data[0])
                    return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };

                if (c == 5) // Detecting modbus errore
                {
                    if (rx_data[0x01] == 0x84) // errore
                    {
                        return new mbus_error() { code = (mbus_error.code_c)(rx_data[0x02]) };
                    }
                }

                if (rx_data[4] != req[4]) return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.ILLEGAL_DATA_VALUE };
                if (rx_data[5] != req[5]) return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.ILLEGAL_DATA_VALUE };
            }
            catch (Exception ex)
            {
                System.Diagnostics.Debug.WriteLine(ex.Message);
                return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.NOT_ANSWER };
            }

            return new mbus_error() { code = mbus_error.code_c.DATA_OK };
        }


    }
    #region Класс подсчёта CRC Modbus

    class CRCCalculate
    {
        private byte[] auchCRCHi = new byte[]
        {
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
            0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
            0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
            0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
            0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
            0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
            0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
            0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
            0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
            0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
            0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
        };

        private byte[] auchCRCLo = new byte[]
            {
            0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
            0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
            0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
            0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
            0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
            0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
            0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
            0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
            0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
            0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
            0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
            0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
            0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
            0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
            0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
            0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
            0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
            0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
            0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
            0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
            0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
            0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
            0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
            0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
            0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
            0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
        };

        public int CRCmodbus(byte[] puchMsg, int usDataLen)
        {
            byte uchCRCHi = 0xFF;
            byte uchCRCLo = 0xFF;
            int uIndex = 0, nIndex = 0;
            while (usDataLen-- != 0)
            {
                uIndex = (int)(uchCRCHi ^ puchMsg[nIndex++]);
                uchCRCHi = (byte)(uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex]);
                uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex];
            }
            return (int)(((int)uchCRCHi) << 8 | ((int)uchCRCLo));
        }

    #endregion
    }
}
